Вопрос 2.13. Биосинтез белка, этапы. Особенности транскрипции: инициация, элонгация, терминация.

Биосинтез белка— сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии. Этапы биосинтеза белка:Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК на матрице ДНК. Цепи ДНК в области активного гена освобождаются от гистонов. Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрываются. Основной фермент транскрипции РНК-полимераза присоединяется к промотору — специальному участку ДНК. Транскрипция проходит только с одной (кодогенной) цепи ДНК. По мере продвижения РНК-полимеразы по кодогенной цепи ДНК рибонуклеотиды по принципу комплементарности присоединяются к цепочке ДНК, в результате образуется незрелая про-и-РНК, содержащая как кодирующие, так и некодирующие нуклеотидные последовательности. Первый и, пожалуй, важнейший этап транскрипции — это ее инициация: связывание РНК полимеразы с промотором и образование первой межнуклеотидной связи. У бактерий РНК-полимераза непосредственно узнает определенную последовательность нуклеотидных пар в составе промотора — например, бокс Прибнова. В этом узнавании участвует специальный белок — т. н. с-фактор. Затем к нему присоединяется РНК-полимераза, представляющая собой тетрамер из субъединиц трех видов: а, (5 и Р'). В некоторых оперонах, например в лактозном, необходимо еще предварительное взаимодействие с промотором дополнительного белка (САР). Уэукариот всегда требуется предварительное связывание с промотором целой совокупности белков общих факторов транскрипции, с образованием комплекса TFIID. Кроме того, инициация транскрипции гена зависит от прочих транскрипционных факторов, взаимодействующих с энхансерами этого гена. Связавшись с промотором, РНК полимераза вызывает локальную денатурацию ДНК, т. е. разделение цепей ДНК на протяжении примерно 1,5 витка ДНК (15 нуклеотидных пар). Как говорят, образуется транскрипционный «глазок». Благодаря этому нуклеотиды матричной цепи ДНК в области «глазка» становятся доступными для спаривания с рНТФ. Первым в строящуюся цепь РНК всегда включается пури-новый нуклеотид — АТФ или ГТФ, причем все три его фосфатных остатка сохраняются. Затем образуется первая 5',3'-фосфатная связь со вторым нуклеотидом. После этого у бактерий с-фактор теряет связь с ферменто и оставшиеся субъединицы (образующие т. н. кор-фермент) начинают перемещаться по ДНК. Уэукариот, видимо, тоже РНК-полимераза после инициации транскрипции теряет связь с транскрипционными факторами и перемещается по ДНК самостоятельно. Следующий за инициацией этап — элонгация: постепенное удлинение растущей цепи пре-РНК до окончательного размера. Это происходит по мере продвижения РНК-полимеразы по ДНК. Соответственно, перемещается и транскрипционный «глазок», т. е. участок локального расплетения ДНК. На транскрибированной же части ДНК двухцепочечная спиральная структура восстанавливается сразу после ухода РНК-полимеразы. Последний этап терминация, или окончание транскрипции. Сигналом для этого служат специальные ГЦ-богатые участки в конце генов. Поскольку сила взаимодействия пар Г Ц довольно велика, локальная денатурация таких участков в ДНК происходит трудней. Это замедляет продвижение РНК-полимеразы и может служить для нее сигналом к прекращению транскрипции. Но еще до окончания процесса в конце новосинтезированной РНК тоже успевает появиться ГЦ-богатый участок. Благодаря взаимодействию между своими нуклеотидами, он образует «шпильку». Т. е. взаимодействия с нуклеотидами матричной цепи ДНК заменяются на «внутришпилечные» взаимодействия. Это облегчает отсоединение РНК от ДНК. У бактерий тому же самому часто способствует и специальный белок — Rho-фактор. Он движется по ДНК вслед за РНК полимеразой, догоняет ее на ГЦ-участке гена и, обладая расплетающей активностью, облегчает расхождение цепей РНК и ДНК. Затем происходит процессинг — созревание молекулы РНК. На 5-конце и-РНК формируется участок (КЭП), через который она соединяется с рибосомой. Ген, т. е. участок ДНК, кодирующий один белок, содержит как кодирующие последовательности нуклеотидов — экзоны, так и некодирующие — интроны. При процессинге интроны вырезаются, а экзоны сшиваются. В результате на 5-конце зрелой и-РНК находится кодон-инициатор, который первым войдет в рибосому, затем следуют кодоны, кодирующие аминокислоты полипептида, а на 3-конце — кодоны-терминаторы, определяющие конец трансляции. Цифрами 3 и 5 обозначаются соответствующие углеродные атомы рибозы. Кодоном называется последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая какую-либо аминокислоту — триплет. Рамка считывания нуклеиновых кислот предполагает «слова»-триплеты (кодоны), состоящие из трех «букв»-нуклеотидов. Транскрипция и процессинг происходят в ядре клетки. Затем зрелая и-РНК через поры в мембране ядра выходит в цитоплазму, и начинается трансляция. Трансляция — это процесс синтеза белка на матрице и-РНК. В начале и-РНК 3-концом присоединяется к рибосоме. Т-РНК доставляют к акцепторному участку рибосомы аминокислоты, которые соединяются в полипептидную цепь в соответствии с шифрующими их кодонами. Растущая полипептидная цепь перемещается в донорный участок рибосомы, а на акцепторный участок приходит новая т-РНК с аминокислотой. Трансляция прекращается на кодонах-терминаторах.